共沉淀法制備尼龍6/碳納米管復合材料及其性能

用原位聚合法制備了尼龍6/多壁碳納米管(mwcnts)復合材料。先對多壁碳納米管進行胺基功能化處理,再研究了多壁碳納米管添加量對復合材料電性能和力學性能的影響,結果顯示,復合材料體積電阻率和表面電阻率相對于不加碳納米管制得的尼龍6基體降低了3個數(shù)量級,復合材料的介電常數(shù)顯著增加,相對于不加碳納米管的增加了71%;復合材料的彈性模量、彎曲模量、彎曲強度隨碳納米管加入量的增加大幅提高。

碳納米管經(jīng)過了酸化處理,用ftir對處理后的碳納米管進行了結構表征。采用哈克轉矩流變儀制備了碳納米管/尼龍6納米復合材料。利用sem對碳納米管與尼龍6復合材料的結構進行了研究。通過dsc對復合材料的非等溫結晶動力學進行了研究,采用jeziorny修正的avrami方程對非等溫結晶動力學進行了處理。結果表明,jeziorny可以很好地描述碳納米管/尼龍6復合材料的非等溫結晶過程。隨著降溫速率的升高,結晶溫度降低,結晶溫度范圍變大,結晶所需要的時間縮短。

碳納米管(cnts)具有高長徑比、納米級直徑、較低的密度、良好的物理特性(如最大力學性能,高電導和熱導性),因此在高性能和多功能的聚合物納米復合材料中可以作為理想的增強填料。開發(fā)高性能cnts/聚合物納米復合材料的困難在于:(1)聚合基體中cnt的均勻分散;

采用柔和混合法制備納米粒子良好分散的尼龍-6/多壁碳納米管(pa6/mwnts)復合材料,采用差示掃描量熱儀(dsc)和廣角x射線衍射法(xrd)研究了mwnts對pa6基體結晶熔融行為的影響。dsc結果表明,mwnts的加入大幅度地提高了pa6的結晶溫度(最高提高約20℃),基體的結晶度也有所提高,說明良好分散的mwnts在pa6結晶過程中呈現(xiàn)明顯的異相成核作用;xrd結果證實,分散良好的mwnt促進pa6形成α晶型,抑制γ晶型的形成。同時,mwnt的加入導致復合材料出現(xiàn)熔融雙峰現(xiàn)象,其形狀隨mwnt含量的變化而改變,雙峰結構可能是由于熔融過程中伴隨著重結晶而引起的。

將酸化處理以后的碳納米管(cnts)與高密度聚乙烯(hdpe)復合,采用機械共混法制備了定向cnts/hdpe復合材料,并對其力學性能、相態(tài)結構、流變性能及熱性能進行了研究。結果表明:cnts的加入,提高了復合材料的屈服強度和拉伸模量,但同時卻降低了材料的斷裂強度和斷裂伸長率;cnts在hdpe基體中有了較好的分散性和相容性;cnts的加入對復合材料流變性能產(chǎn)生了較大的影響,加入少量的cnts可以使復合材料體系的表觀粘度降低,有利于hdpe加工性能的改善;cnts加入后,hdpe的熔融溫度和結晶熔融焓均有所下降。

采用原子轉移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對聚丙烯(pp)進行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測試結果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。對pp/mwnt復合材料電性能研究表明,mwnt-pba的添加比mwnt-cooh更能降低復合材料的電阻率。mwnt-pba的加入可使pp從絕緣材料轉變?yōu)榭轨o電材料。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的電性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

碳納米管(cnts)由于其獨特的結構,較高的長徑比,較大的比表面積,且具有超強的力學性能和良好的導熱性,已經(jīng)證明是塑料的非常優(yōu)異的導電填料,聚合物基碳納米管復合材料可望應用于材料領域的多個方面,尤其在汽車、飛機及其它飛行器的制造等軍事和商業(yè)應用上帶來革命性的突破。本文介紹了碳納米管的結構形態(tài)和碳納米管的制備、純化、修飾方法及聚合物基碳納米管復合材料的制備、性能,并綜述了近幾年來尼龍/碳納米管復合材料的研究進展及應用前景。

介紹了目前制備碳納米管復合材料的主要方法,綜述了原位復合法在制備碳納米管復合材料中的應用。通過對現(xiàn)有碳納米管復合材料原位復合技術的工藝方法、工藝特點、材料性能以及目前應用現(xiàn)狀等幾方面的討論,展示了該制備方法在實際應用中的優(yōu)勢。

電子器件為了增加功能和縮小體積，不斷地往小型化發(fā)展。所用布線也越來越細。碳納米管就是適應這種需要，將一層石墨的碳二維層，制成筒狀，成為直徑為數(shù)rim到數(shù)＋nm的圓筒狀碳材料。日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所山田健朗采用有機系銅鍍液，進行電解鍍，使碳納米結構體內部析出銅核子，再在氫氣氛下還原處理，最后用水溶性鍍銅也進行第二階段鍍銅，這樣就可以在碳納米管內部以及碳納米管之間都鍍上銅，

報道了在多壁碳納米管(mwnts)表面修飾聚丙烯酸(分子量為500~1000)作為親水層,改善納米管在水溶液中的溶解性,減少碳管自身團聚,順利實現(xiàn)碳納米管表面化學鍍銅。同時也考察了溫度、時間、攪拌速度等因素對鍍層的影響,確定中性條件在碳納米管表面鍍銅的最佳條件。

文章闡述了通過溶液混合法制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料,并對其性能進行了紅外表征,表明制得的復合材料具有良好的性能。

為了制備晶粒細小、組織均勻的復合材料,提高材料的力學性能,用攪拌摩擦加工法制備碳納米管增強鋁基復合材料,并對不同碳納米管含量的復合材料的微觀結構、拉伸性能及斷口形貌進行分析。結果表明:碳納米管添加到鋁基體中,攪拌摩擦中心區(qū)晶粒細小,碳納米管與基體之間結合良好,未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷;碳納米管對基材有明顯的強化作用,鋁基復合材料抗拉強度隨著碳納米管含量的增加而提高;碳納米管體積分數(shù)為7%時,抗拉強度達到201mpa,是基材的2.2倍;復合材料在宏觀上呈現(xiàn)脆性斷裂特征,微觀上呈現(xiàn)韌性斷裂特征,其斷裂機制以cnts/al界面脫粘、基體撕裂和增強體斷裂為主。

本文在羧基化碳納米管和上制備了納米銀粒子,通過透射電子顯微鏡(tem)、抑菌圈實驗測試方法對改性碳納米管及制得的碳納米管/納米銀復合材料進行了分析表征。并通過抑菌圈實驗考察了復合材料在的抑菌性能。通過抑菌圈實驗可以看出碳納米管/納米銀復合材料有明顯的殺菌功效。碳納米管載銀復合材料具有很高的穩(wěn)定性和良好的抑菌性,如果將其加到涂料中,會在海洋防污領域得到很大應用。

用球磨法制備了碳納米管/cu復合材料粉末,采用掃描電鏡(sem)對不同工藝制備的復合粉末進行研究。結果表明,采用兩步實驗,通過調節(jié)工藝參數(shù),可以得到恰當長度的碳管,能夠實現(xiàn)碳管在銅基體中的有效分散。

在氬氣保護下,采用碳納米管預制塊鑄造法制備了碳納米管/az91鎂基復合材料。觀察和分析了復合材料的微觀組織,測試了其室溫力學性能,并利用掃描電子顯微鏡(sem)和能譜分析(sed)對復合材料拉伸斷口形貌進行了觀察和分析。研究結果表明:該方法能有效地將碳納米管添加到鎂合金熔體中并且均勻分散;隨著碳納米管的加入,復合材料的晶粒組織得到不斷的細化,綜合力學性能得到明顯提高。

日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所等研究單位用單層碳納米管（筒狀碳原子）與銅復合，制得密度小于銅、金的復合物。制取工藝：基板上的單層碳納米管在含銅離子的有機溶液中慢慢通過，再在與銅親和力強的水溶液中電鍍，這種復合材料每cm2可通入6億安培電流，電流容量為金和銅的100倍。

研究了碳納米管的加入對尼龍基體結晶性能和晶型轉變的影響。通過waxd和dsc測試表明,碳納米管的加入使復合材料的結晶出現(xiàn)多重性,并且在外力牽引過程中在一定程度上阻礙了晶型的轉變;同時還使尼龍的熔限變寬,并使得結晶溫度升高,結晶溫度范圍變寬,結晶更加容易;另外材料的結晶度和熔點有了一定程度的提高。

日本大阪大學與北海道大學共同研制成功碳納米管（cnt）均勻分散的純海棉鈦復合材料，在該材料中添加了0．35％（質量）的cnt，從而制得了抗拉強度高達930mpa的復合材料。首先將cnt置入含有界面活性劑的水溶液中，采取超聲波振動攪拌并使cnt分散。海棉鈦粉經(jīng)過這種水溶液浸漬后取出，經(jīng)熱處理除去水分和界面活性劑后制成燒結體并擠壓成材。

采用混合酸對多壁碳納米管(mwnts)進行修飾,使mwnts攜帶羧基基團。將修飾前后的mwnts與己二酸、己二胺進行原位聚合制備了尼龍(pa)66/mwnts復合材料。采用場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡和差示掃描量熱儀研究了復合材料的分散性和結晶性能。研究表明,采用原位聚合制備的復合材料中,mwnts具有很好的分散性,修飾過的mwnts分散性更佳;mwnts的加入提高了pa66的結晶速率和結晶溫度,同時提高了其結晶完整性。

用聚四氟乙烯對碳納米管(cnts)進行氟化改性,制備了氟化碳納米管(f-cnts),并采用超聲分散法和模具澆注法制備了環(huán)氧樹脂(ep)/f-cnts復合材料。采用紅外光譜、x射線衍射對f-cnts進行了表征,并利用透射電子顯微鏡觀察了f-cnts在丙酮中的分散情況。研究了不同含量的f-cnts對ep/f-cnts復合材料的沖擊性能、彎曲性能的影響。結果表明,在cnts表面生成了c—f鍵,成功地制備了f-cnts,使cnts之間的纏結團聚現(xiàn)象得到明顯改善,提高了cnts在有機溶劑中的分散性;當f-cnts含量為1.5%(質量分數(shù),下同)時,材料的沖擊強度和彎曲強度最高,分別為25.90kj/m2、128.3mpa。

碳納米管_聚酰亞胺功能復合材料的制備與性能研究

采用熔融混煉的方法制備聚丙烯/多壁碳納米管復合材料(pp/mwnts)。研究了復合材料的表面電阻率與mwnts含量的關系,結果發(fā)現(xiàn):隨著mwnts含量的不斷增加,復合材料的電阻率呈不斷下降趨勢,并發(fā)現(xiàn)mwnts含量為3%時為復合材料的導電閾值。又通過對試樣作透射電鏡觀察研究,從微觀角度分析了復合材料電性能變化的原因。